DE4014100A1 - Pruefeinrichtung fuer die spannungsfestigkeit von metallgekapselten, mit druckgas isolierten schaltanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für die Spannungsfestigkeit von metallgekapselten, mit Druckgas isolierten Schaltanlagen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Aus der Druckschrift EP 02 52 416 ist eine Prüfeinrichtung bekannt, mit der über Prüfungen des Isolationszustandes von beim Betreiber installierten Schaltanlagen durchgeführt werden können. Die im Spannungserzeuger generierte Prüfspannung wird dabei über eine Verbindungsleitung einer Hochspannungsdurchführung zugeleitet, an die zum Beispiel eine Sammelschiene oder ein anderes aktives Teil der Schaltanlage angeschlossen ist. Zur Prüfung der Spannungsfestigkeit muß die Schaltanlage vorher spannungsfrei geschaltet und vom restlichen Netz abgetrennt werden, da als Hochspannungsseitige Prüfelektrode immer ein aktives Teil der Schaltanlage vorgesehen ist. Die Prüfung muß außerdem für jede Phase getrennt durchgeführt werden. Die bekannte Prüfeinrichtung ist vorzugsweise für einphasig gekapselte Höchstspannungsschaltanlagen vorgesehen, ihre Anwendung wäre für Mittelspannungsschaltanlagen, vor allen für solche mit dreiphasiger Kapselung zu aufwendig.

Aus dem Gebrauchsmuster DE-GM 78 26 451 ist darüberhinaus für gasisolierte Schaltanlagen bekannt zur Überprüfung der Isoliergasdichte eine herkömmliche Zündkerze anzuwenden, die gasdicht in die Kapselung der Schaltanlage eingesetzt ist. Derartige Zündkerzen eignen sich z. B. vorzüglich zum Zünden des Gas-Luft-Gemisches in Otto-Motoren; Dabei werden über eine Zündspule und einen Unterbrecher Spannungsimpulse mit steiler Stirn und hohen Scheitelwerten angewendet, welche die Durchschlagspannung der Zündkerze bei weitem übersteigen. Im Falle der Überwachung von mit Druckgas isolierten Schaltanlagen muß jedoch mit großer Genauigkeit ein bestimmter Mindestwert der Durchschlagspannung des Isoliergases nachgewiesen werden. Dazu sind handelsübliche Zündkerzen wegen des stark inhomogenen elektrischen Feldes an der scharfkantigen, gebogenen Masseelektrode und der daraus resultierenden Streuung der Durchschlagspannung der Funkenstrecke nicht optimal geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zuqrunde, eine einfache Prüfeinrichtung mit leicht transportablen Außenteilen zu schaffen, mit der die Spannungsfestigkeit der Schaltanlage im Betriebszustand ohne Abtrennung vom Netz mit großer Genauigkeit nachgewiesen werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Kennzeichen des 1. Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Als Spannungserzeuger findet ein bereits vorhandenes, in einem handlichen Transportkoffer untergebrachtes Prüfgerät mit Netzanschluß Anwendung, das unter dem Namen "Vakuumtester VT60" der Firma Sachsenwerk AG, 8400 Regensburg, Einhauserstr. 9, bekannt geworden ist. Das bisherige Anwendungsgebiet dieses Gerätes lag in der Überprüfung der Spannungsfestigkeit von ausgeschalteten Vakuum-Schaltkammern; das Gerät konnte dazu von Reisemonteuren oder Betreibern vor Ort in der Schaltanlage eingesetzt werden. Der Vakuumtester setzt zur Prüfung hochgespannte Gleichspannung mit einstellbarer Prüfdauer ein. Durch zwei unterschiedliche Kontrollampen wird angezeigt, ob der Prüfling die vorgegebene Spannungsfestigkeit hat oder darunter lieqt. Die vom Vakuumtester bereitgestellte Prüfspannung ist wegen der Entfernung zwischen den geöffneten Schaltkontakten, die bei den Nennspannungen 12 kV bis 36 kV im Bereich von 12 mm bis 25 mm liegt, relativ hoch und nur in zwei Stufen nämlich 45 kV und 65 kV verstellbar.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe soll der eben beschriebene Vakuumtester eingesetzt werden. In jeder zu prüfenden Schaltanlage ist dabei außerhalb des Bereichs der betriebsmäßig an Spannung liegenden Teile, aber innerhalb der Kapslung der Schaltanlage eine prüffunkenstrecke vorgesehen, die während der gesamten Betriebsdauer in der Kapselung eingebaut ist. Diese Funkenstrecke soll ein möglichst gleichmäßiqes elektrisches Feld besitzen und mit einer niedrigen Durchschlagsspannung arbeiten. Letztere soll dabei abhängig vom untersten zulässigen Wert der Gasdichte etwa 10 bis 15 kV betragen. Bei einer bestimmten Schaltanlagenbaureihe hängt die Durchschlagspannung vom Nennwert der Gasdichte und somit von der Nennspannung der Schaltanlage ab. Die besondere Form der Prüfelektrode sichert dabei einen geringen Streubereich der Gasdichte im Falle von Durchzündungen. Außerdem ermöglicht die relativ niedrige Prüfspannung die Verwendung eines kleinen Isolators für die Funkenstrecke; seine Abmessungen beeinflussen also die Baugröße der Schaltanlage nur geringfügig.

Erfindungsgemäß ist zur Anpassung der vom Vakuumtester abgegebenen Spannung an die deutlich kleinere Prüfspannung für die verschiedenen Nennbetriebsdruckwerte ein Adapter vorgesehen, der einen ohmschen Teiler zur Ableitung der Prüfspannung enthält.

Die Unteransprüche enthalten zusätzliche, vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens. Ein

Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnungen zum besseren Verständnis wie folgt dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Systemdarstellung,

Fig. 2 eine Prüffunkenstrecke,

Fig. 3 ein Schaltbild des Adapters und

Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform des Adapters.

In einer Raumecke der Kapselung 3 der zu überprüfenden Schaltanlage ist in einem möglichst spannungsfreien Raum die Prüffunkenstrecke 4 fest eingebaut. Zur Vornahme einer Überprüfung ist der Vakuumtester VT60 als Spannungserzeuger 1 bereitzustellen. Dazu wird das Gerät an das Niederspannungsnetz der Spannung U_L angeschlossen. (Fig. 1) Die Verbindung zum Stiftkontakt der Prüffunkenstrecke 4 wird anschließend mittels der Verbindungsleitung 2 und dem mit dieser verbundenen Adapter 5 hergestellt. Der Adapter 5 trägt eine Kennzeichnung, die seine Zuordnung zum jeweiligen Nennbetriebsdruck der zu prüfenden Schaltanlage angibt. Zu einer kompletten Prüfgarnitur eines Reisemonteurs gehört demnach außer dem Spannungserzeuger 1 eine Reihe von Verbindungskabeln mit verschiedenen Adaptern.

Die erfindungsgemäße Prüffunkenstrecke 4 besteht nach Fig. 2 aus der Hochspannungselektrode 42 mit gerundeter Spitze 41 und der letztere konzentrisch umgebenden Ringelektrode 43, deren Rand 48 ebenfalls gerundet ist. Auf diese Weise entsteht zwischen beiden Elektroden eine sehr gleichmäßige Feldverteilung mit der höchsten Feldstärke in der unmittelbaren Umgebung der Hochspannungselektrode 42. Die Hochspannungselektrode 42 steht mit dem Stiftkontakt 46 in leitender Verbindung; sie sind durch den Isolator 44 vom geerdeten Schraubstück 45 isoliert. Der außerhalb der Schaltanlage befindliche Isolatorteil 44a kann zur Verhinderung von Kriechwegen geriffelt ausgeführt werden. Die Gefahr einer Kriechwegbildung ist jedoch sehr gering, da die Elektrode im Normalbetrieb der Schaltanlage nicht an Spannung liegt, sondern nur während einer Prüfung. An das Schraubstück 45 schließt sich auf der einen Seite ein Einschraubgewinde zur Befestigung in der Kapselung 3 der Schaltanlage an, während auf der anderen Seite der zylindrische Fortsatz 47 zur Kontaktgabe mit der geerdeten Seite des Adapters vorgesehen ist.

Die vom Spannungserzeuger 1 gelieferte Spannung U_G, die beim vorliegenden Vakuumtester VT60 z. B. 40 kV beträgt, wird gemäß Fig. 3 über einen Spannungsteiler auf die Prüfspannung U_P an der Funkenstrecke FS umgewandelt. Dazu dient ein ohmscher Teiler mit den Widerständen R1 und R2, die so dimensioniert sind, daß sich folgende Beziehung einstellt:

U_P = U_G × R2/(R1 + R2).

Ein solcher ohmscher Teiler ist in dem Adapter 5 eingebaut. Gemäß der Fig. 4 ist eine mögliche Ausführungsform als Gießteil dargestellt. An die Verbindungsleitung 2 ist dabei die Hochspannungselektrode 51 angearbeitet, die Adapter nach der Hochspannungsseite hin abschließt. Diese Hochspannungselektrode kann mit einer Eingußöffnung für das Isoliermaterial versehen sein. Im Mittelbereich des Adapters ist die Mittelelektrode 52 angeordnet, die ein Anschlußstück 57 für den Stiftkontakt 46 der Prüffunkenstrecke einschließt. Den unteren Abschluß des Adapters 5 bildet die Erdelektrode 53, die mit dem zylindrischen Fortsatz 47 der Prüffunkenstrecke 4 kontaktiert. Die Zwischenräume 56a und 56b sind mit Isolierstoff ausgefüllt, der genau dosierte Zusätze von leitfähigen Material enthält. Dabei wird im Füllraum 56a der Widerstand R1 nachgebildet und im Füllraum 56b der Widerstand R2 gemäß Fig. 3. Als geeignete leitfähige Füllstoffe kommen dabei neben pulverförmigen Metallen, wie Ni und Cu auch die nach neuartigen Verfahren mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogenen anorganischen Stoffe, wie Quarzmehl und Aluminiumoxyd in Frage (EP-01 31 544). Aber auch reiner Kohlenstoff in Form von Ruß eignet sich als Zusatz zur Produktion von leitfähigen Kunststoffen, die in dem Adapter eingesetzt werden können. Die Füllräume 56a und 56b sind gemäß Fig. 4 nach außen hin durch das Hüllrohr 54 aus Isolierstoff abgegrenzt und nach innen gegen den Isolator 44a der Prüffunkenstrecke 4 durch das Innenrohr 55 aus Isolierstoff. Diese Isolierstoffrohre können gleichzeitig auch als Gießform eingesetzt werden. Dazu müssen jedoch in den Elektroden 51, 52 und bzw. 53 geeignete Durchtrittsöffnungen für den einzugießenden Isolierstoff und zum Entweichen der zu verdrängenden Luft vorgesehen werden.

Die Isolation des Adapters kann selbstverständlich auch in einem Spritzgieß- oder Preßverfahren hergestellt werden. Diese andere Technologie ändert am grundsätzlichen Aufbau des Adapters 5 nichts. In solch einem Fall ist es vorteilhaft das Hüllrohr 54 wegzulassen, da zur Herstellung eine den gesamten Adapter umschließende Spritz- oder Preßform erforderlich ist. Da sich die zuletzt erwähnten Herstellverfahren vor allen Dingen bei großen Stückzahlen wirtschaftlich lohnend auswirken, werden sie im Falle des Adapters sehr wahrscheinlich nicht zur Anwendung gelangen.

In Fig. 1 ist weiterhin dargestellt, daß betriebsmäßig spannungsführende Teile, z. B. die drei Sammelschienen Teil 6 soweit entfernt sein müssen, daß sie der in den VDE- Bestimmungen festgelegten Nennstehblitzstoßspannung U_S standhalten. Wenn nun bei einer Überprüfung der Gasdichte mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung die unterste Sammelschiene 6 an Betriebsspannung liegt, also gegenüber dem Gehäuse bei einer Nennspannung von 24 kV eine Phasenspannung von etwa 14 kV aufweist, so bedeutet das gleichzeitige Anliegen einer Prüfspannung U_P von 15 kV GS an der Prüffunkenstrecke 4, daß in der negativen Halbwelle der Nennspannung zwischen der Hochspannungselektrode der Prüffunkenstrecke 4 und der untersten Sammelschiene 6 eine gesamte Spannung von 14 kV×2+15 kV, d. h. eine Gesamtspannung von etwa 35 kV auftritt. Diese ist sowohl deutlich niedriger als die zur Nennspannung gehörende Blitzstoßspannung von 125 kV oder die Prüfwechselspannung von

Mit dieser Überlegung ist die Zulässigkeit des diesen Teil der Erfindung betreffenden Merkmals nachgewiesen.

Claims (10)

1. Prüfeinrichtung für die Spannungsfestigkeit von metallgekapselten, mit Druckgas isolierten Schaltanlagen, insbesondere für Mittelspannung, mit einem Spannungserzeuger (1) und einer Verbindungsleitung (2) zwischen dem Spannungserzeuger (1) und einer die Verbindung zur Hochspannungselektrode einer Prüfstrecke herstellenden, die Kapselung (3) durchdringenden Durchführung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Durchführung ist als Prüffunkenstrecke (4) ausgebildet, deren Hochspannungselektrode (42) konzentrisch von einer mit der Kapselung (3) in leitender Verbindung stehenden Ringelektrode (43) umgeben ist,
• b) in die Verbindungsleitung (2) ist ein als ohmscher Spannungsteiler ausgebildeter Adapter (5) eingebaut, der die vom Spannungserzeuger (2) abgegebene Spannung (U_G) in eine Prüfspannung (U_P) umformt und der den Anschluß mit der Prüffunkenstrecke (4) herstellt und
• c) die elektrische Feldstärke zwischen der an Prüfspannung (U_P) liegenden Prüffunkenstrecke (4) und beliebigen an Betriebsspannung (U) liegenden aktiven Teil der Schaltanlage beträgt einen Bruchteil der Feldstärke über die Prüffunkenstrecke (4) .

2. Prüfeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode (42) der Prüffunkenstrecke (4) mit einem den Adapter (5) kontaktierenden Stiftkontakt (46) in Verbindung steht, der von einem gasdicht in ein Schraubstück (45) eingelassenen Isolator (44) umhüllt ist und daß das Schraubstück (45) die Ringelektrode (43) und auf der anderen Seite einen zylindrischen Fortsatz (47) als Anschlußfläche für den Erdanschluß (53) des Adapters (5) trägt.

3. Prüfelektrode nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode (42) eine abgerundete Spitze (41) und die Ringelektrode (43) einen gerundeten Rand (48) besitzt.

4. Prüfeinrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (5) wie folgt aufgebaut ist:

• - Eine vorzugsweise plattenförmig ausgebildete Hochspannungselektrode (51) ist an die Verbindungsleitung (2) angeschlossen,
• - an einer Mittelelektrode (52) ist über ein Anschlußstück (57) der Stiftkontakt (46) der Prüfelektrode (4) angeschlossen,
• - eine vorzugsweise scheibenförmig ausgebildete Erdelektrode (53) steht mit der Metallkapselung (3) über den Fortsatz (47) der Prüffunkenstrecke (4) in Verbindung,
• - die Füllräume (56a, 56b) sind durch einen Isolierstoff ausgefüllt, der durch Beimengungen leitfähiger Zusätze vergleichsweise geringe ohmsche Widerstände zwischen den Elektroden (51, 52, 53) bildet.

5. Adapter nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff im Füllraum (56a) zwischen der hochspannungsseitigen Elektrode (51) und der Mittelelektrode (52) den Widerstand (R1) und im Füllraum (56b) zwischen der Mittelelektrode (52) und der Erdelektrode (53) den Widerstand (R2) bildet, wobei die Prüfspannung (U_P) an der Prüffunkenstrecke (FS) sich zur angelegten Spannung (U_G) so verhält wie der Widerstand (R2) zur Summe der Widerstände (R1+R2) .

6. Adapter nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einer gießfähigen Mischung eines Isolierharzes mit einem leitfähigen Füllmittel und gegebenenfalls mit weiteren Füllstoffen besteht und daß der Anteil des leitfähigen Füllmittels die Höhe der ohmschen Widerstände (R1, R2) bestimmt.

7. Adapter nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (51, 52, 53) in einem Hüllrohr (54) aus Isolierstoff angebracht sind, das gleichzeitig als äußere Gießform wirkt.

8. Adapter nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenrohr (55) aus Isolierstoff den Füllraum (56b) gegen den äußeren Teil (44a) des Isolators (44) der Prüffunkenstrecke (4) abgrenzt.

9. Adapter nach einem der Patentansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (51, 52, 53) des Adapters (5) in einem Isolierkörper eingesetzt sind, der aus einer spritz- oder preßfähigen Mischung eines Thermoplastes mit einem leitfähigen Füllmittel und gegebenenfalls mit weiteren Füllstoffen besteht, wobei der Anteil des leitfähigen Füllmittels die Höhe der ohmschen Widerstände (R1, R2) bestimmt.

10. Prüfeinrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungserzeuger (1) ein mobiles Gerät mit Netzanschluß eingesetzt ist, bei dem an seinem Ausgang eine hochgespannte Gleichspannung (U_G) konstanter Höhe und beliebig einstellbarer Dauer ansteht und das mittels einer eingebauten Steuerlogik intakte Prüflinge durch Aufleuchten einer ersten Signallampe und Prüflinge mit zu geringem Isoliervermögen, das durch Spannungsdurchschläge an der Prüffunkenstrecke (4) einhergeht, durch Aufleuchten einer zweiten Signallampe anzeigt.